《医学细胞生物学》基因信息的传递与蛋白质合成-文档.ppt

cell cell BiologyBiology第九章第九章 基因信息的传递与蛋白质合成基因信息的传递与蛋白质合成遗传物质的发现遗传物质的发现1928年年Frederick Griffith 转化转化实验实验cell cell BiologyBiologycell cell BiologyBiology1952年，年，Hershey和和Chase 噬菌体感染实验噬菌体感染实验cell cell BiologyBiologyRNA也是遗传物质也是遗传物质 1956年年A.Gierer和和G.Schraman发现烟草花叶发现烟草花叶病毒病毒（tobacco mosaic virus,TMV），其遗传物，其遗传物质是质是RNA。烟草花叶病毒烟草花叶病毒(TMV)是是一种一种RNA病毒，不含病毒，不含DNA，它有一个圆筒状的蛋白，它有一个圆筒状的蛋白质外壳，由质外壳，由2130个相同的个相同的亚基组成，内有一条亚基组成，内有一条RNA分子，沿着内壁在蛋白质分子，沿着内壁在蛋白质亚基之间盘旋亚基之间盘旋。cell cell BiologyBiologyRNA是遗传物质是遗传物质1957年美国的年美国的Heinz Fraenkel-Conrat和和B.Singre用重建实验证实了用重建实验证实了RNA是遗传物质是遗传物质cell cell BiologyBiologycell cell BiologyBiology第一节第一节 基因及其结构基因及其结构 基因是基因是DNA分子中一段具有生物功能的核苷酸分子中一段具有生物功能的核苷酸序列，控制着生物某一特定的性状。序列，控制着生物某一特定的性状。基因基因结构基因：指编码非调控因子的任何蛋白质和结构基因：指编码非调控因子的任何蛋白质和 RNA的基因，其表达产物如结构蛋的基因，其表达产物如结构蛋 白、酶、白、酶、rRNA和和tRNA等。等。调控基因：通过编码蛋白质或调控基因：通过编码蛋白质或RNA来调节其他来调节其他 基因的表达。基因的表达。一、基因及其信息流向一、基因及其信息流向cell cell BiologyBiology 基因组：是指细胞或生物体的一套完整的单倍基因组：是指细胞或生物体的一套完整的单倍体遗传物质，是所有染色体上全部基因和基因间的体遗传物质，是所有染色体上全部基因和基因间的DNA的总和，它含有一个生物体进行各种生命活动的总和，它含有一个生物体进行各种生命活动所需要的全部遗传信息。所需要的全部遗传信息。蛋白质是生命活动的执行者！蛋白质是生命活动的执行者！cell cell BiologyBiology中心法则：中心法则：遗传信息从遗传信息从DNA到到RNA再到蛋白质的流动。再到蛋白质的流动。中心法则包括：中心法则包括：1、DNA的复制的复制 2、RNA的转录的转录 3、蛋白质的翻译、蛋白质的翻译此外，逆转录和此外，逆转录和RNA复制是对中心法则的补充。复制是对中心法则的补充。cell cell BiologyBiology二、基因的结构及其特点二、基因的结构及其特点（一）原核细胞的基因结构（一）原核细胞的基因结构启动子：位于结构基因上游的一段启动子：位于结构基因上游的一段DNA序列，它序列，它 是是RNA聚合酶识别和结合的部位，可以聚合酶识别和结合的部位，可以 控制在同一条控制在同一条DNA上紧密连接的一个或上紧密连接的一个或 几个基因的转录。几个基因的转录。转录起始点：转录起始点：DNA模板链上开始进行转录作用的位点，以模板链上开始进行转录作用的位点，以“+1”标识。标识。从起始点开始顺着转录方向的区域称为下游，用从起始点开始顺着转录方向的区域称为下游，用+标识；标识；从起始点开始逆着转录方向的区域称为上游，用从起始点开始逆着转录方向的区域称为上游，用-标识。标识。cell cell BiologyBiology识别部位：识别部位：-35区（区（TATA盒）盒）结合部位：结合部位：-10区（区（Pribnow盒）盒）cell cell BiologyBiologycell cell BiologyBiology（二）真核细胞的基因结构（二）真核细胞的基因结构真核细胞的基因序列由编码区和非编码区组成。真核细胞的基因序列由编码区和非编码区组成。内含子：基因内部能够被转录，但不能指导蛋白内含子：基因内部能够被转录，但不能指导蛋白 质生物合成的非编码序列；质生物合成的非编码序列；外显子：外显子：基因内部能够被转录，并指导蛋白质生基因内部能够被转录，并指导蛋白质生 物合成的编码序列；物合成的编码序列；cell cell BiologyBiologycell cell BiologyBiologyGT-AG法则：在内含子的法则：在内含子的5端多以端多以GT开始，开始，3端端 多以多以AG结束。这是普遍存在于真核结束。这是普遍存在于真核 细胞基因细胞基因RNA剪接的识别信号。剪接的识别信号。cell cell BiologyBiology真核生物启动子：真核生物启动子：TATA盒（盒（-25-35bp）CAAT盒盒（-70-80bp）GC盒盒（-80-110bp）cell cell BiologyBiology终止子：存在于基因末端具有转录终止功能的特定终止子：存在于基因末端具有转录终止功能的特定 序列，转录后形成发夹结构，使序列，转录后形成发夹结构，使RNA聚合聚合 酶从模板上脱离，终止转录。酶从模板上脱离，终止转录。cell cell BiologyBiology真核细胞和原核细胞真核细胞和原核细胞mRNA的区别的区别cell cell BiologyBiology基因家族基因家族 基因家族是真核细胞基因组中来源相同、结基因家族是真核细胞基因组中来源相同、结构相似、功能相关的一组基因，是由一个祖先基构相似、功能相关的一组基因，是由一个祖先基因经重复和变异形成的。因经重复和变异形成的。按照在基因组中的分布不同，基因家族可分按照在基因组中的分布不同，基因家族可分为两类：为两类：1 1、基因簇、基因簇基因家族成员成簇存在，串联基因家族成员成簇存在，串联排列于染色体区段上；排列于染色体区段上；2 2、基因家族成员分散存在，广泛分布于整、基因家族成员分散存在，广泛分布于整个染色体，甚至不同染色体上。个染色体，甚至不同染色体上。cell cell BiologyBiology组蛋白基因簇组蛋白基因簇cell cell BiologyBiology人血红蛋白亚基人血红蛋白亚基cell cell BiologyBiology假基因：在基因家族中，有些成员不能产生有功能假基因：在基因家族中，有些成员不能产生有功能 的基因产物，称为假基因。的基因产物，称为假基因。假基因或是不能转录，或是转录后生成无功能假基因或是不能转录，或是转录后生成无功能的基因产物。但他们在核苷酸序列上与有功能的基的基因产物。但他们在核苷酸序列上与有功能的基因相似，可能来源于同一祖先基因。因相似，可能来源于同一祖先基因。cell cell BiologyBiology单一序列：在真核细胞基因组中编码蛋白质的基因单一序列：在真核细胞基因组中编码蛋白质的基因 一般只有一个或几个拷贝，这称为单一一般只有一个或几个拷贝，这称为单一 序列；序列；中序重复序列：有相对较短的序列组成，重复次数中序重复序列：有相对较短的序列组成，重复次数 在在101000之间。与基因调控有关。之间。与基因调控有关。高度重复序列：由基因组中非常短的序列组成，重高度重复序列：由基因组中非常短的序列组成，重 复次数在几千次以上。复次数在几千次以上。真核基因组中含有大量的真核基因组中含有大量的DNA重复序列：重复序列：cell cell BiologyBiology第二节第二节 基因的转录和转录后加工基因的转录和转录后加工一、基因转录的一般特点一、基因转录的一般特点cell cell BiologyBiology 在双链在双链DNA中，作为转录模板的链称为模板中，作为转录模板的链称为模板链或反义链，即与链或反义链，即与mRNA互补的互补的DNA链；链；与模板链互补的另一条链称为编码链或有意与模板链互补的另一条链称为编码链或有意链，该链与转录产物的序列相同。链，该链与转录产物的序列相同。模板链并非总在同一单链上。模板链并非总在同一单链上。cell cell BiologyBiology不对称转录：不对称转录：在在DNA双链的某一区段，以其中一条单链为模双链的某一区段，以其中一条单链为模板，而在另一区段，以其相对应的互补链为模板。板，而在另一区段，以其相对应的互补链为模板。这种这种DNA链的选择性转录也称为不对称转录。链的选择性转录也称为不对称转录。RNA的合成方向是的合成方向是53，并且在，并且在RNA合成中合成中不需要引物。不需要引物。cell cell BiologyBiology二、原核细胞的基因转录二、原核细胞的基因转录cell cell BiologyBiology原核细胞基因转录的基本过程分为三个阶段：原核细胞基因转录的基本过程分为三个阶段：1、转录的起始阶段、转录的起始阶段 RNA聚合酶的聚合酶的亚基识别基因上游的启动子，使亚基识别基因上游的启动子，使全酶与启动子结合形成复合物。开始合成全酶与启动子结合形成复合物。开始合成RNA，当，当RNA链延长到链延长到89个核苷酸后，个核苷酸后，亚基从全酶上解离亚基从全酶上解离出来，转录起始完成。出来，转录起始完成。cell cell BiologyBiology2、转录的延长阶段、转录的延长阶段 核心酶沿模板链核心酶沿模板链35方向移动，使方向移动，使RNA链链以以53方向不断延长。方向不断延长。cell cell BiologyBiologycell cell BiologyBiology3、转录的终止阶段、转录的终止阶段原核细胞中转录终止有两种形式：原核细胞中转录终止有两种形式：（1）因子依赖性终因子依赖性终 止：止：因子在转因子在转 录终止点与录终止点与RNA 聚合酶结合，使聚合酶结合，使 RNA链脱离；链脱离；cell cell BiologyBiology（2）因子非依赖性终止：由新合成因子非依赖性终止：由新合成RNA链形链形 成局部发夹结构，使成局部发夹结构，使RNA聚合酶不再向下聚合酶不再向下 移动，磷酸二酯键停止形成，移动，磷酸二酯键停止形成，RNA从模板从模板 上脱离。上脱离。cell cell BiologyBiology4、转录后加工、转录后加工cell cell BiologyBiology三、真核细胞的基因转录和转录后加工三、真核细胞的基因转录和转录后加工cell cell BiologyBiology真核细胞中含有多种真核细胞中含有多种RNA聚合酶。聚合酶。cell cell BiologyBiology 真核细胞中真核细胞中mRNA是是RNA中唯一具有编码蛋白中唯一具有编码蛋白质功能的质功能的RNA分子，其前体是在分子，其前体是在RNA聚合酶聚合酶催化催化下转录形成的不均一核下转录形成的不均一核RNA（hnRNA），hnRNA经经过剪切修饰称为成熟的过剪切修饰称为成熟的mRNA。1、真核细胞、真核细胞mRNA的转录及其转录后加工的转录及其转录后加工cell cell BiologyBiology真核细胞中的转录因子真核细胞中的转录因子cell cell BiologyBiology真核细胞真核细胞mRNA转录的起始转录的起始cell cell BiologyBiology真核细胞真核细胞mRNA的剪接修饰：的剪接修饰：包括包括5加帽、加帽、3加尾、剪接加尾、剪接。cell cell BiologyBiology5加帽加帽 在在mRNA前体前体5端的端的第一个核苷酸上以第一个核苷酸上以5-5焦焦磷酸键连上一个三磷酸鸟磷酸键连上一个三磷酸鸟嘌呤。并使鸟嘌呤嘌呤。并使鸟嘌呤7 7位氮位氮原子甲基化，形成原子甲基化，形成7 7-甲基甲基鸟嘌呤三磷酸的帽子结构，鸟嘌呤三磷酸的帽子结构，同时在原来第一个核苷酸同时在原来第一个核苷酸的的2-O也进行甲基化。也进行甲基化。cell cell BiologyBiology甲基转移酶甲基转移酶鸟嘌呤核苷酸转移酶鸟嘌呤核苷酸转移酶 cell cell BiologyBiology5加帽的作用：加帽的作用：1、封闭、封闭mRNA 5端，使其不能再加接核苷酸，同端，使其不能再加接核苷酸，同 时也防止转运时被核酸酶水解，增强时也防止转运时被核酸酶水解，增强mRNA的的 稳定性；稳定性；2、帽子结构能被核糖体小亚基识别，有利于、帽子结构能被核糖体小亚基识别，有利于mRNA 最初翻译的准确性。最初翻译的准确性。3加尾（加尾（polyA）在腺苷酸聚合酶的作在腺苷酸聚合酶的作用下，用下，mRNA前体前体3端加端加上由上由200250个腺苷酸组个腺苷酸组成的多聚腺苷酸（成的多聚腺苷酸（poly-A）尾巴。尾巴。功能：功能：1、稳定、稳定mRNA 3端，防止被核酸酶水解；端，防止被核酸酶水解；2、有利于、有利于mRNA由核到由核到细胞质的运输。细胞质的运输。cell cell BiologyBiologymRNA的剪接的剪接 剪接就是将剪接就是将RNA前体前体分子中内含子切除，将外分子中内含子切除，将外显子拼接的过程。显子拼接的过程。完成完成hnRNA剪接需要剪接需要三个必须的序列：三个必须的序列：5GU序列序列 3AG序列序列 分支点分支点 mRNA前体的剪接是通过剪接前体的剪接是通过剪接体完成的。剪接体大小为体完成的。剪接体大小为60S，有，有数种小分子细胞核糖核蛋白颗粒数种小分子细胞核糖核蛋白颗粒（snRNP）组成。）组成。snRNP有有snRNA和蛋白质组成。和蛋白质组成。snRNA有有U1、U2、U3、U4、U5和和U6，其中，其中U6有有RNA聚合酶聚合酶转录，转录，其他均有其他均有RNA聚合酶聚合酶转录。转录。2、真核细胞、真核细胞rRNA的转录及其转录后加工的转录及其转录后加工cell cell BiologyBiology 每个每个rRNA基因由基因由3个外显子和个外显子和2个内含子组成，个内含子组成，3个外显子依次编码个外显子依次编码18S rRNA、5.8S rRNA、28S rRNA的前体序列，共同组成一个转录单位。的前体序列，共同组成一个转录单位。cell cell BiologyBiologyrRNA的剪接的剪接自身剪接自身剪接cell cell BiologyBiologycell cell BiologyBiology3、真核细胞、真核细胞tRNA的转录及其转录后加工的转录及其转录后加工 在真核细胞中含有多个编码在真核细胞中含有多个编码tRNA的基因，它的基因，它们成簇存在并被间隔区分开，在们成簇存在并被间隔区分开，在RNA聚合酶聚合酶的的作用下转录成作用下转录成tRNA前体。前体。cell cell BiologyBiology真核细胞真核细胞tRNA的加工：的加工：1 1、剪接、剪接 2 2、化学修饰、化学修饰 3 3、3末端加末端加CCA其中化学修饰包括：甲基化反应、还原反应、其中化学修饰包括：甲基化反应、还原反应、核苷内转位反应、脱氨基反应核苷内转位反应、脱氨基反应cell cell BiologyBiology4、5S rRNA的转录及其转录后加工的转录及其转录后加工cell cell BiologyBiology第三节第三节 蛋白质的生物合成蛋白质的生物合成 mRNA指导蛋白质的合成，这是基因表达的第二指导蛋白质的合成，这是基因表达的第二步，即翻译。步，即翻译。mRNA翻译的模板，决定蛋白质中的氨基酸顺序；翻译的模板，决定蛋白质中的氨基酸顺序；tRNA 运输工具，携带氨基酸准确进入指定位置；运输工具，携带氨基酸准确进入指定位置；rRNA 与多种蛋白质组成核糖体，作为蛋白质合与多种蛋白质组成核糖体，作为蛋白质合 成的装配机器。成的装配机器。cell cell BiologyBiology一、遗传信息翻译的基本原理一、遗传信息翻译的基本原理密码子：在密码子：在mRNA链上链上3个相邻的碱基可以决定一个相邻的碱基可以决定一 个特定的氨基酸，这种核苷酸三联体被个特定的氨基酸，这种核苷酸三联体被 称为密码子。称为密码子。遗传密码：遗传密码：mRNA上的碱基排列顺序叫做遗传密码。上的碱基排列顺序叫做遗传密码。四种核苷酸可以组成四种核苷酸可以组成64个三联体密码子。个三联体密码子。cell cell BiologyBiology遗传密码表遗传密码表cell cell BiologyBiology遗传密码的特点：遗传密码的特点：1、通用性、通用性2、简并性、简并性3、连续性、连续性4、方向性、方向性终止密码子：终止密码子：UAA、UAG、UGA起始密码子：起始密码子：AUGcell cell BiologyBiology蛋白质合成的接合器蛋白质合成的接合器tRNA tRNA既能够识别既能够识别mRNA上的密码子，上的密码子，又能够携带特定的氨又能够携带特定的氨基酸。基酸。cell cell BiologyBiologyATP+ATP+氨酰腺苷酸氨酰腺苷酸E E-AMPAMPPPiPPi第一步第一步AMPAMP第二步第二步E E3-氨酰氨酰-tRNA氨基酸氨基酸 tRNA通过其通过其3端的端的CCA序列上的序列上的-OH与活与活化的氨基酸结合。该过化的氨基酸结合。该过程包括两步反应：程包括两步反应：1 1、氨基酸的活化、氨基酸的活化 2 2、形成氨酰、形成氨酰-tRNA 这两步反应均在这两步反应均在氨氨酰酰tRNA合成酶合成酶的催化下的催化下进行。进行。cell cell BiologyBiology tRNA反密码子环中反密码子环中的的反密码子反密码子通过碱基互通过碱基互补原则识别补原则识别mRNA上的上的密码子。密码子。不同的不同的tRNA分子有分子有不同的反密码子。不同的反密码子。cell cell BiologyBiology 摆动性：一般来讲，密码子的前两位碱基在和摆动性：一般来讲，密码子的前两位碱基在和反密码子配对时，遵循正常的碱基互补配对原则，反密码子配对时，遵循正常的碱基互补配对原则，而第三位碱基的配对有一定的灵活性，即反密码子而第三位碱基的配对有一定的灵活性，即反密码子的第三个碱基可与密码子的第三个碱基不配对，这的第三个碱基可与密码子的第三个碱基不配对，这就是密码子和反密码子配对的摆动性。就是密码子和反密码子配对的摆动性。cell cell BiologyBiologycell cell BiologyBiology二、蛋白质合成的场所二、蛋白质合成的场所核糖体核糖体原核细胞和真核细胞核糖体成分的比较原核细胞和真核细胞核糖体成分的比较核糖体上存在的活性部位：核糖体上存在的活性部位：1 1、mRNA结合位点结合位点 2 2、P位点位点 3 3、A位点位点 4 4、转肽酶活性部位、转肽酶活性部位 5 5、参与蛋白质合成的因子的结合部位、参与蛋白质合成的因子的结合部位cell cell BiologyBiologyE位点：结合空载的位点：结合空载的tRNAcell cell BiologyBiologycell cell BiologyBiology SD序列：位于原核生物的序列：位于原核生物的mRNA 5端起始密端起始密码子上游一段富含嘌呤的序列，它能够与码子上游一段富含嘌呤的序列，它能够与30S小亚小亚基上的基上的16S rRNA 3端的富含嘧啶的序列互补结合，端的富含嘧啶的序列互补结合，从而指导从而指导mRNA的起始密码子正确定位在的起始密码子正确定位在30S小亚小亚基的基的P位点，又称为核糖体结合位点。位点，又称为核糖体结合位点。cell cell BiologyBiology三、蛋白质合成的一般过程三、蛋白质合成的一般过程 蛋白质生物合成可分为五个阶段，即氨基酸的蛋白质生物合成可分为五个阶段，即氨基酸的活化、多肽链合成的起始、肽链的延长、肽链的终活化、多肽链合成的起始、肽链的延长、肽链的终止和释放、蛋白质合成后的加工修饰。止和释放、蛋白质合成后的加工修饰。1、氨基酸的活化、氨基酸的活化 在氨酰在氨酰-tRNA合成酶合成酶作用下，氨基酸的羧基作用下，氨基酸的羧基与与tRNA 3末端的末端的CCA-OH缩合成氨酰缩合成氨酰-tRNA。ATP+ATP+氨酰腺苷酸氨酰腺苷酸E E-AMPAMPPPiPPi第一步第一步AMPAMP第二步第二步E E3-氨酰氨酰-tRNA氨基酸氨基酸2、多肽链合成的起始、多肽链合成的起始 具有启动作用的氨酰具有启动作用的氨酰-tRNA在原核在原核细胞是细胞是甲酰甲硫氨酰甲酰甲硫氨酰-tRNA，在真核，在真核细胞是细胞是甲硫氨酰甲硫氨酰-tRNA。3、多肽链的延长、多肽链的延长核糖体循环核糖体循环 核糖体循环包括核糖体循环包括进位、成进位、成肽、移位肽、移位三个步骤。三个步骤。延长因子：延长因子：EF-Tu EF-Ts4、肽链的终止和释放、肽链的终止和释放 原核细胞的释放因子原核细胞的释放因子(RF)有三有三种，种，RF-1识别识别UAA和和UAG，RF-2识别识别UAA和和UGA，RF-3结合结合GTP并并促进促进RF-1、RF-2与核糖体的结合。与核糖体的结合。真核细胞的释放因子为真核细胞的释放因子为eRF1，它可识别它可识别3种终止密码子。种终止密码子。肽链合成终止过程包括三个步骤：肽链合成终止过程包括三个步骤：1、终止密码的辨认、终止密码的辨认2、肽链和、肽链和mRNA等释出等释出3、核糖体大小亚基解聚、核糖体大小亚基解聚cell cell BiologyBiology多聚核糖体：多聚核糖体：多个核糖体结合多个核糖体结合到一个到一个mRNA分子上，分子上，成串排列，形成蛋白成串排列，形成蛋白质合成的功能单位，质合成的功能单位，称为多聚核糖体。称为多聚核糖体。cell cell BiologyBiology四、肽链合成后的加工修饰四、肽链合成后的加工修饰一级结构的修饰：一级结构的修饰：1 1、肽链氨基酸的修饰、肽链氨基酸的修饰 2 2、共价修饰、共价修饰 3 3、多肽链的水解修饰、多肽链的水解修饰高级结构的修饰：高级结构的修饰：1 1、亚基聚合、亚基聚合 2 2、多肽折叠、多肽折叠 3 3、辅基连接、辅基连接cell cell BiologyBiology真核细胞内蛋白质的降解主要有两种途径：真核细胞内蛋白质的降解主要有两种途径：1、溶酶体的吞噬、溶酶体的吞噬2、依赖泛素、依赖泛素-蛋白酶体对蛋白质的降解蛋白酶体对蛋白质的降解cell cell BiologyBiology第四节第四节 基因表达的调控基因表达的调控 基因表达的调控一般表现为正性调控和负基因表达的调控一般表现为正性调控和负性调控，前者使基因表达量增加，后者则是使性调控，前者使基因表达量增加，后者则是使基因表达量减少。基因表达量减少。cell cell BiologyBiology一、基因表达的一般特点一、基因表达的一般特点1、基因表达具有时间性和空间性、基因表达具有时间性和空间性时间特异性：按照功能需要，某一特定基因的表达时间特异性：按照功能需要，某一特定基因的表达 严格按照一定的时间顺序发生，这称严格按照一定的时间顺序发生，这称 为基因表达的时间特异性。为基因表达的时间特异性。阶段特异性：多细胞生物从受精卵到组织、器官形阶段特异性：多细胞生物从受精卵到组织、器官形 成的各个不同发育阶段，都会有不同成的各个不同发育阶段，都会有不同 的基因严格按照自己特定的时间顺序的基因严格按照自己特定的时间顺序 开启或关闭，表现为分化、发育阶段开启或关闭，表现为分化、发育阶段 一致的时间性，也称为阶段特异性。一致的时间性，也称为阶段特异性。cell cell BiologyBiology空间特异性：一种基因产物在个体的不同组织或器空间特异性：一种基因产物在个体的不同组织或器 官中表达，即在个体的不同空间出现，官中表达，即在个体的不同空间出现，这就是基因表达的空间特异性。这就是基因表达的空间特异性。组织特异性：不同组织细胞中不仅表达的基因数量组织特异性：不同组织细胞中不仅表达的基因数量 不相同，而且基因表达的强度和种类不相同，而且基因表达的强度和种类 也各不相同，这就是基因表达的组织也各不相同，这就是基因表达的组织 特异性。特异性。cell cell BiologyBiology2、基因表达有组成性表达和可诱导、基因表达有组成性表达和可诱导/阻遏表达两种方式阻遏表达两种方式 组成性表达是指不太受环境变动而变化的一类组成性表达是指不太受环境变动而变化的一类基因表达。基因表达。管家基因管家基因是指所有细胞中均要表达的一类基因，是指所有细胞中均要表达的一类基因，其产物是对维持细胞基本生命活动所必需的。如微其产物是对维持细胞基本生命活动所必需的。如微管蛋白基因、糖酵解酶系基因与核糖体蛋白基因等。管蛋白基因、糖酵解酶系基因与核糖体蛋白基因等。cell cell BiologyBiology 诱导诱导/阻遏表达：又称适应性表达，指环境的变阻遏表达：又称适应性表达，指环境的变化容易使其表达水平变动的一类基因表达。化容易使其表达水平变动的一类基因表达。诱导：应环境条件变化基因表达水平增高的现象诱导：应环境条件变化基因表达水平增高的现象称为诱导，这类基因被称为可诱导的基因。称为诱导，这类基因被称为可诱导的基因。阻遏：随环境条件变化而基因的表达水平降低的阻遏：随环境条件变化而基因的表达水平降低的现象称为阻遏，相应的基因被称为可阻遏的基因。现象称为阻遏，相应的基因被称为可阻遏的基因。cell cell BiologyBiology二、原核基因的表达调控二、原核基因的表达调控 转录调控是原核生物基因表达调控的关键步骤。转录调控是原核生物基因表达调控的关键步骤。原核生物大多数基因表达调控是通过原核生物大多数基因表达调控是通过操纵子操纵子机制实机制实现的。现的。操纵子由操纵子由结构基因结构基因和和表达调控元件表达调控元件组成，是原组成，是原核细胞中最常见的表达调控单位。核细胞中最常见的表达调控单位。原核基因表达调控最典型的代表是原核基因表达调控最典型的代表是大肠杆菌乳大肠杆菌乳糖操纵子糖操纵子调控模式。调控模式。cell cell BiologyBiology 大肠杆菌乳糖操纵子含大肠杆菌乳糖操纵子含LacZ、LacY和和LacA三个三个结构基因，分别编码结构基因，分别编码-半乳糖苷酶、半乳糖苷酶、-半乳糖苷通半乳糖苷通透酶和透酶和-半乳糖苷乙酰转移酶，此外还有一个操纵半乳糖苷乙酰转移酶，此外还有一个操纵子序列子序列Olac、一个启动子序列、一个启动子序列Plac及一个调节基因及一个调节基因LacI。cell cell BiologyBiology代谢物激活蛋白（代谢物激活蛋白（CAP）cell cell BiologyBiology 大肠杆菌的乳糖操纵子调控机制包括正、负调控大肠杆菌的乳糖操纵子调控机制包括正、负调控两种方式。两种方式。1、阻遏蛋白的负性调控、阻遏蛋白的负性调控cell cell BiologyBiologycell cell BiologyBiology2、CAP的正性调控的正性调控cell cell BiologyBiology 大肠杆菌中的大肠杆菌中的cAMP含量与葡萄糖的分解代谢含量与葡萄糖的分解代谢有关，当大肠杆菌利用葡萄糖功能时，有关，当大肠杆菌利用葡萄糖功能时，cAMP含量含量降低；相反，当环境中无葡萄糖可利用时，降低；相反，当环境中无葡萄糖可利用时，cAMP的含量增高。的含量增高。cell cell BiologyBiologycell cell BiologyBiology 当阻遏蛋白封闭转录时，当阻遏蛋白封闭转录时，CAP的正性调控不的正性调控不能发挥作用；但是如果没有能发挥作用；但是如果没有CAP存在来加强转录存在来加强转录活性时，即使阻遏蛋白从操纵序列上解离，乳糖活性时，即使阻遏蛋白从操纵序列上解离，乳糖操纵子仍然没有转录活性。可见，上述两种机制操纵子仍然没有转录活性。可见，上述两种机制相辅相成、互相协调、相互制约。相辅相成、互相协调、相互制约。当葡萄糖和乳糖共同存在时，细菌会首先利当葡萄糖和乳糖共同存在时，细菌会首先利用葡萄糖。用葡萄糖。cell cell BiologyBiology三、真核基因的表达调控三、真核基因的表达调控 真核细胞基因表达调控可以在转录水平、真核细胞基因表达调控可以在转录水平、RNA加工水平、加工水平、RNA转录水平转录水平、RNA转运水平、转运水平、mRNA的降解水平、翻译水平和蛋白质的活性水平上进行。的降解水平、翻译水平和蛋白质的活性水平上进行。cell cell BiologyBiology1、转录水平的调控、转录水平的调控 反式作用因子：是指能直接或间接地识别或结合反式作用因子：是指能直接或间接地识别或结合在特异性的在特异性的DNA（各类顺式作用元件核心序列各类顺式作用元件核心序列)上参上参与调控靶基因转录效率的蛋白质与调控靶基因转录效率的蛋白质。顺式作用元件：基因表达调节蛋白（反式作用因顺式作用元件：基因表达调节蛋白（反式作用因子）所识别的子）所识别的DNA序列叫做顺式作用元件。序列叫做顺式作用元件。cell cell BiologyBiologycell cell BiologyBiology真核细胞的顺式作用元件分为：真核细胞的顺式作用元件分为：启动子、增强子、沉默子。启动子、增强子、沉默子。增强子是一种能增强子是一种能增强真核细胞某些启增强真核细胞某些启动子功能的调节序列，动子功能的调节序列，不具有启动子的功能，不具有启动子的功能，但能增强或提高增强但能增强或提高增强子的活性。子的活性。cell cell BiologyBiology真核细胞中的反式作用因子真核细胞中的反式作用因子蛋白质的转录因子可包含的结构域：蛋白质的转录因子可包含的结构域：1 1、DNA结合域结合域 2 2、转录激活域、转录激活域 3 3、连接区、连接区常见的转录因子常见的转录因子DNA结合域：结合域：锌指结构锌指结构 螺旋螺旋-转角转角-螺旋螺旋 螺旋螺旋-环环-螺旋螺旋 亮氨酸拉链亮氨酸拉链 真核基因表达的调节蛋白，又称转录调节因子真核基因表达的调节蛋白，又称转录调节因子或转录因子。或转录因子。cell cell BiologyBiology锌指结构锌指结构cell cell BiologyBiologycell cell BiologyBiologybasic helix-turn helix，bHTH3.4nm213+213213213213213-phage Cro螺旋螺旋-转角转角-螺旋螺旋cell cell BiologyBiologycell cell BiologyBiologycell cell BiologyBiologybasic helix-loop-helix，bHLH螺旋螺旋-环环-螺旋螺旋cell cell BiologyBiologybasic leucine zipper，bZIPCOOHNH2COOHNH218152229361815222936LeucineresidueCNCOHCH2CHCH3CH3亮氨酸拉链亮氨酸拉链cell cell BiologyBiologycell cell BiologyBiologycell cell BiologyBiologycell cell BiologyBiology本章知识重点：本章知识重点：1、名词：基因、基因组、结构基因、调控基因、中心、名词：基因、基因组、结构基因、调控基因、中心 法则、外显子、内含子、模板链、编码连、不对称法则、外显子、内含子、模板链、编码连、不对称 转录、多聚核糖体、顺式作用元件、反式作用因子转录、多聚核糖体、顺式作用元件、反式作用因子2、原核细胞和真核细胞基因结构特点、原核细胞和真核细胞基因结构特点3、原核细胞基因转录的过程及其特点、原核细胞基因转录的过程及其特点4、真核细胞基因转录后加工（、真核细胞基因转录后加工（mRNA、tRNA、rRNA）5、蛋白质翻译中、蛋白质翻译中mRNA、tRNA、rRNA的功能的功能6、蛋白质合成的一般过程、蛋白质合成的一般过程7、乳糖操纵子的正负调控、乳糖操纵子的正负调控cell cell BiologyBiologycell cell BiologyBiology